[發明專利]基于八臂阿基米德螺旋天線的圓極化渦旋電磁波產生元件

在審

• 申請號: 201910612769.1
• 申請日: 2019-07-09
• 公開（公告）號: CN110299585A
• 公開（公告）日: 2019-10-01
• 發明（設計）人: 郭忠義;宮玉彬;楊陽;郭凱;沈飛;周紅平
• 申請（專利權）人: 合肥工業大學
• 主分類號: H01P1/17
• 分類號: H01P1/17;H01Q1/36;H01Q1/38;H01Q1/50
• 代理公司: 六安市新圖匠心專利代理事務所(普通合伙) 34139
• 代理人: 朱小杰

本發明公開了基于八臂阿基米德螺旋天線的圓極化渦旋電磁波產生元件，涉及射頻天線領域，包括介質基質板、右旋金屬線、接地金屬圓環、同軸饋電、微帶饋電網絡和金屬反射板，其中，所述右旋金屬線位于所述介質基質板的正面，所述接地金屬圓環位于所述介質基質板的背面，通過同軸饋電與八路微帶饋電網絡連接，微帶饋電網絡為具有多級分段和指定相移的T形結，所述金屬反射板位于介質基質板設置同軸饋電一側的下方并與同軸饋電連接。本發明采用單個微帶饋電網絡且外端饋電的八臂阿基米德螺旋天線，不僅可以減小天線的尺寸、降低饋電網絡的復雜性，還可以在一定帶寬內產生極化和OAM模式同時可調的渦旋電磁波。

技術領域

本發明涉及射頻天線領域，尤其涉及基于八臂阿基米德螺旋天線的圓極化渦旋電磁波產生元件。

背景技術

1992年由Allen L等人發布于《Physical Review A Atomic Molecular》45期11刊上的“Orbital angular momentum of light and transformation of LaguerreGaussian Laser modes”一文中指出，電磁（EH）場不僅可以攜帶能量，還可以攜帶自旋角動量（攜帶軌道角動量（OAM）的電磁波具有螺旋相位結構e^-jl?，l是OAM的拓撲核數，?是方向角。理論上OAM具有無限多個狀態，且相互正交，這對擴大通信系統的容量具有重大的意義。近年來其在射頻的應用開始成為熱點，因此在射頻段OAM的產生成為了其應用的關鍵。

2007年《Physical Review Letters》99期第八刊上的“Utilization of photonorbital angular momentum in the low-frequency radio domain”一文中首先指出了可采用相控陣天線來產生渦旋電磁波，它是將n個相同的元素以r為半徑等間隔放置，輸入等幅具有連續相位差的激勵。基于這種方法，2016年八月《IEEE Antennas & WirelessPropagation Letters》第744-747頁“A Broadband Dual-Polarized Dual-OAM-ModeAntenna Array for OAM Communication”中提出了將不同模式數的渦旋電磁波加載到不同的極化狀態上，以偶極子作為陣列元素分別對水平極化和豎直極化進行調控，由此產生雙極化雙模式數的渦旋電磁波，可以工作在較寬的頻帶范圍內。因為陣列天線產生渦旋電磁波可以看作是對連續的圓形孔徑的空間采樣，所以在理論上無法產生比較純的OAM模式。但是陣列天線不僅需要多端口進行饋電（增加了饋源的復雜程度），而且陣列的半徑要足夠大（減小單元之間的耦合），從使其體積龐大且造價昂貴， 極大地限制陣列天線的應用場景。因此，采用一種簡單靈活、體積輕便的單天線結構來一定寬帶內生成極化和OAM模式同時可調的渦旋電磁波，對于OAM在無線通信、目標探測識別和高分辨率成像的應用具有非常重要的意義，為此我們設計出基于八臂阿基米德螺旋天線的圓極化渦旋電磁波產生元件。

發明內容

本發明的目的是為了解決現有技術中饋電網絡復雜且昂貴、天線體積龐大、應用場景受限的缺點，而提出的基于八臂阿基米德螺旋天線的圓極化渦旋電磁波產生元件。

為了實現上述目的，本發明采用了如下技術方案：

基于八臂阿基米德螺旋天線的圓極化渦旋電磁波產生元件，包括介質基質板、右旋金屬線、接地金屬圓環、同軸饋電、微帶饋電網絡和金屬反射板，其中，所述右旋金屬線位于所述介質基質板的正面，所述接地金屬圓環位于所述介質基質板的背面，通過同軸饋電與八路微帶饋電網絡連接，微帶饋電網絡為具有多級分段和指定相移的T形結，所述金屬反射板位于介質基質板設置同軸饋電一側的下方并與同軸饋電連接。

優選的，所述右旋金屬線為平面結構，以與金屬線寬度相等的間距，右旋均勻分布在介質基質板上。